JPH10259610A - 場所打ち杭の周辺強化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削によって周辺地山が緩み、泥水によるマ
ッドケーキが孔壁に対するコンクリートの付着力を弱
め、杭の耐力を低下させていた。 【解決手段】 泥水工法で掘削して水中コンクリートを
打設した掘削孔４の孔壁に対して、掘削孔４内を昇降可
能で半径方向へ拡縮径可能な載荷部材を備えた載荷装置
３により、打設した水中コンクリートを孔壁側へ押圧し
て周辺地山を締め固める。 【効果】 周辺地山に対して打設コンクリートの孔壁へ
の付着を阻害するマッドケーキを破壊した状態で強固に
締め固めを行うことができ、各深度毎に載荷板に対する
荷重度及び変位量を計測して施工中の杭耐力を推定でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の基礎とな
る場所打ち杭の構築に際し、例えばリバースサーキュレ
ーション工法やアースドリル工法等のように、スタンド
パイプ以外にはケーシングチューブを用いないノーケー
シング工法による場所打ちコンクリート杭における杭周
辺の強化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のノーケーシング工法による場所
打ち杭の構築では、泥水と必要に応じて安定液を用いた
泥水圧で孔壁を維持安定させる泥水工法で掘削した掘削
孔に、鉄筋籠を建て込んでトレミー菅などを介して孔底
側から順次水中コンクリートを打ち込み、この水中コン
クリートを泥水と置換させながら所望の長さのコンクリ
ート杭を造成する。

【０００３】前記ノーケーシング工法は、杭の長さを自
由に選定できること、造成する際における騒音の発生が
少ないこと、等の既成杭やオールケーシングの場所打ち
杭では得られない長所がある。

【０００４】然し、泥水圧や安定液の管理を適切に行わ
ないと、周辺地山が緩んで孔壁崩壊の恐れがあること、
掘削によって周辺地山の応力が開放された状態で水中コ
ンクリートの打設を行うので、杭周辺の摩擦による地盤
支持力が充分に得られ難いこと、周辺地山との境界面に
形成される不透水性のマッドケーキ（泥膜）が、当該周
辺地山に対する打設コンクリートの付着を阻害し、特に
杭の鉛直方向（押し込み、引き抜き）の耐力を著しく低
下させる恐れがあこと、等の欠点も併せ持っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、前
記したような従来技術における課題を解決し得る場所打
ち杭の周辺強化方法を提案するものであり、その主な目
的は、杭周辺の地山を効果的に締め固め且つ打設したコ
ンクリートの付着を良好にして地盤の支持力を増強さ
せ、杭の鉛直方向（押し込み、引き抜き）の耐力及び水
平方向の耐力を増加させることである。

【０００６】また本発明の他の目的は、打設コンクリー
トが充分な地盤支持力で周辺地山に接合されて、所望な
杭の耐力が得られているか否かについては、従来は構築
した後の杭に対して莫大な費用をかけて載荷試験を行わ
ないと確認できなかったが、これを簡便で安価な装置を
用いて各深度毎に締め固めた際における地盤支持力を確
認しながら締め固めを行うことにより、改めて載荷試験
を行うことなく施工中の杭の耐力が推定できるようにす
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による場所打ち杭の周辺強化方法では、泥水
工法で掘削して水中コンクリートを打設した掘削孔の孔
壁に対して、掘削孔内を昇降可能で半径方向へ拡縮径可
能な載荷部材を備えた載荷装置により、打設した水中コ
ンクリートを孔壁側へ押圧して周辺地山を締め固めるよ
うにした。

【０００８】これにより、周辺地山はコンクリートを介
して締め固められるが、その際にコンクリートの流動成
分は一部が載荷部材の上下へ流出して残った流動成分と
骨材を介して周辺地山が押圧され、骨材がマッドケーキ
を破壊して一部骨材が地山中に食い込んだ状態で締め固
めが行われた後、載荷部材の後退によって押圧力を解除
すると一旦流出していた流動成分が復元するので、掘削
によって緩んでいた周辺地山が締め固められると共に、
マッドケーキの破壊によって地山に対するコンクリート
の付着力が増強される。

【０００９】また、前記載荷装置に深度と荷重度及び変
位量の各計測手段を設け、各深度毎に締め固めた際にお
ける地盤の支持状態を荷重度及び変位量として計測しな
がら締め固めを行うようにすると、これらの計測値に基
づく演算処理によって施工中の杭の耐力が推定できるの
で、従来技術のように膨大な費用をかけた行う載荷試験
を省略することが可能である。

【００１０】前記載荷装置は、環状の内枠板に対して流
体圧力で半径方向へ拡縮径する載荷部材を備え、この流
体圧力によって前記荷重度を計測すると共に、内枠板に
対する載荷部材の距離によって前記変位量を計測するこ
とが望ましく、特に前記載荷装置として、可撓性部材で
ドーナツ状に形成した空気室を備えた空気ばね構造を使
用すると、狭い空間に対しても載荷装置を容易に設置で
きると共に、変位量を計測するセンサを泥水中に晒すこ
とのない空気室内に装着できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明による場所打ち杭
の周辺強化方法の好適な実施形態について、添付した図
１〜８の図面を参照して詳しく説明すると、図１は、本
発明が適用された場所打ち杭の周辺強化方法の実施に使
用する施工装置の構成の概要を示すものであり、地上に
設置した昇降装置１から吊りワイヤ２を介して載荷装置
３が掘削孔４へ昇降移動可能に縣吊させると共に、載荷
装置３は流体用ホース５を介して地上に設置した流体圧
ポンプ（油圧ポンプ又は空気圧ポンプ）６と、信号用ケ
ーブル７を介して地上に設置した信号処理装置８に、そ
れぞれ接続されている。

【００１２】掘削孔４は、図２で示すように開口側へス
タンドパイプ（表層ケーシング）９を設置し、ベントナ
イト等の安定液を混合した泥水１０を充填して孔壁の崩
壊を防止した状態で、公知の泥水工法によって所定深度
まで掘削され、一次スライム処理を行った後に掘削孔４
内へ鉄筋籠１１を建て込み、この鉄筋籠１１をガイドと
してその外周囲に沿って載荷装置３を孔底側へ吊り下ろ
し、トレミー菅１２を用いて水中コンクリートが打設さ
れる。

【００１３】水中コンクリートが打設された掘削孔４の
孔壁は、図３（ａ）で示すように掘削によって応力が開
放されて緩んだ周辺地山１３の表面には、泥水１０中の
ベントナイトやシルト成分によって生成されたマッドケ
ーキ１４が被着され、このマッドケーキ１４を介して骨
材１５を含む水中コンクリートが存在し、緩んだ周辺地
山１３とマッドケーキ１４とが、前記した理由によって
地盤の支持力及び杭の耐力を阻害していた。

【００１４】そこで、図３（ｂ）で示すように載荷装置
３に装着した半径方向へ拡縮径可能な載荷部材１６によ
って、打設した水中コンクリートを孔壁側へ押圧する
と、コンクリートの流動成分は一部が載荷部材１６の上
下へ流出して残った流動成分と骨材を介して周辺地山が
押圧され、骨材１５がマッドケーキ１４を破壊して一部
骨材が周辺地山１３中に食い込んだ状態で締め固めが行
われた後、載荷部材１６の後退によって押圧力を解除す
ると一旦流出していた流動成分が復元し、掘削によって
緩んでいた周辺地山１３が締め固められると共に、マッ
ドケーキ１４の破壊によって孔壁に対するコンクリート
の付着力が増強される。

【００１５】載荷装置３として各種の構造が想定でき且
つ使用が可能であるが、泥水１０中で作動させるものな
ので、錆などの発生で動作不良になったり、漏電の危険
性のあるもの等は避ける必要があり、これらの点を勘案
すると例えば図４に示すような、可撓性部材でドーナツ
状に形成した空気室を備えた空気ばね構造を用いて空気
圧で半径方向へ拡縮径させる構造が望ましい。

【００１６】載荷装置３は、金属又は硬質合成樹脂材に
よって環状に形成された内枠板１７を備え、内枠板１７
の外周にはダイヤフラム（図示のもの）又は上下を蛇腹
状にしたベローズ（図示せず）で形成した拡縮径可能な
載荷部材１６を例えば押さえバンド１９を介して密封状
に被着し、内枠板１７と載荷部材１６の間に形成される
ドーナツ状の空気室２０を内枠板１７に穿設した空気出
入り口２０ａと連通させ、この空気出入り口２０ａに前
記流体用ホース５を接続して流体圧ポンプ６から空気圧
が給排気されるようにしている。

【００１７】また載荷装置３には、空気室２０内におけ
る内枠板１７の外周面に変位センサ２１Ａを設けて拡縮
径する載荷部材１６の変位を計測し、その電気信号を地
上に設置した信号処理装置８に信号用ケーブル７を介し
て伝送し、載荷部材１６に載荷される荷重度を計測する
荷重センサ２１Ａとして流体圧ポンプ６から空気室２０
に給排気される空気圧を流体用ホース５に圧力計を設
け、その電気信号を地上に設置した信号処理装置８に信
号用ケーブル７を介して伝送する構成を設ける。

【００１８】更には、載荷装置３は上端側に吊りワイヤ
２に対する適宜な係止手段１８を設け、昇降装置１によ
って掘削孔４内を昇降移動できるように構成されるが、
掘削孔４内に建て込んだ鉄筋籠１１をガイドとしてその
外周に沿って昇降させると、載荷装置３が動揺して孔壁
を損傷させたりすることがなく、安全且つ容易に昇降移
動させることができるので、それに適合するように内枠
板１７の内径を設定しておくことが望ましく、載荷装置
３の深度は深度センサ２１Ｃとして吊りワイヤ２の繰出
し長さを計測する等の公知手段によって計測される。

【００１９】なお、前記載荷部材１６には伸縮可能な可
撓性を備えたゴム材又は軟質合成樹脂材を用いるが、比
較的大きな荷重が載荷されるので、例えば自動車のチュ
ーブのように柔軟性のあるものよりも、自動車のタイヤ
のようにある程度の剛性を備えたものが望ましい。

【００２０】次に、図５では載荷装置のその他の実施形
態を例示するが、これらの載荷装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃは
前記載荷装置３に比べると、適当な防水及び防錆手段を
必要とする場合があること、載荷部材を全周状に設けて
均等に載荷することが容易でないこと、載荷部材が拡縮
径される可動域が狭い場合には装着が困難であること等
の点では不利ではあるが、本発明の主要な目的を達成す
ることが可能な形態であり、以下にその概要を説明す
る。

【００２１】図５（ａ）で示す載荷装置３Ａは、環状の
内枠板２２の外周側に適宜数の流体圧ジャッキ（例えば
油圧ジャッキ）２３を設けてその先端に板状の載荷部材
２４を装着したものであり、流体用ホース５を介して流
体圧ポンプ６から供給された流体圧で流体圧ジャッキ２
３を伸縮させ、載荷部材２４によって前記実施形態と同
様に周辺地山１３に対する締め固めを行うと共に、載荷
部材２４の変位は内枠板２２との間に変位センサ２１Ｂ
（図示せず）を設けて計測し、載荷部材１６の荷重度は
流体圧ジャッキ２３を駆動する流体圧を先の実施形態と
同様の荷重センサ２１Ａによって計測する。

【００２２】図５（ｂ）で示す載荷装置３Ｂは、テーパ
面２６ａを備えた可動板２６を環状の内枠板２５の外周
側に配置し、一端側を内枠板２５に取り付けた流体圧ジ
ャッキ２７の他端側を可動板２６に連結させ、内枠板２
５にはテーパ面２８ａを備えた載荷部材２８を半径方向
へ移動可能に取り付け、このテーパ面２６ａがテーパ面
２８ａと衝合する態様で可動板２６の外周に載荷部材２
８を配置し、流体圧ジャッキ２７を作動して可動板２６
を内枠板２５上で摺動させると、テーパ面２８ａがテー
パ面２６ａを摺動しながら楔作用で載荷部材２８を仮想
線のように押し上げ、これにより周辺地山１３に対する
締め固めを行うと共に、載荷部材２８の変位は内枠板２
５との間に変位センサ２１Ｂ（図示せず）を設けて計測
し、載荷部材２８の荷重度は流体圧ジャッキ２７を駆動
する流体圧を先の実施形態と同様の荷重センサ２１Ａに
よって計測する。

【００２３】図５（ｃ）で示す載荷装置３Ｃは、環状の
内枠板２９の外周側に平行リンク機構３０を設け、平行
リンク機構３０の内枠板２９と平行なリンク辺を載荷部
材３１にすると共に、平行なリンク辺の一方の枢着部と
内枠板２９の間に平行リンク機構３０を起伏作動させる
流体圧ジャッキ３２を連結させたものであり、流体圧ジ
ャッキ３２を作動して可動板３２により周辺地山１３に
対する締め固めを行うと共に、載荷部材３１の変位は内
枠板２９との間に変位センサ２１Ｂ（図示せず）を設け
て計測し、載荷部材３２の荷重度は流体圧ジャッキ３２
を駆動する流体圧を先の実施形態と同様の荷重センサ２
１Ａによって計測する。

【００２４】これらの載荷部材で孔壁を載荷すると、載
荷部材と周辺地山の間に介在されたコンクリートが圧縮
され、粗骨材に対する過剰なモルタル分が絞り出されて
載荷面から一旦流出すると共に、掘削によって緩んでい
た周辺地山も押圧によって次第に復元するので、所定深
度における荷重度と変位量の関係は図６（ａ）で示すよ
うに、初期段階の領域では急激に変化していた変位量
は静止土圧Ｐ0に達した以降の領域では、ほぼ直線状
に僅かずつ減少する弾性的な挙動を示し、塑性点に達す
ると時間の経過と共に変形及び歪みが増大する（クリー
プ）の領域になり、荷重度を上げると地盤は降伏から
破壊に到る。

【００２５】従って、載荷部材による地盤強化は少なく
とも領域に到達しない領域内で行うことが望まし
く、そのためには静止土圧Ｐ0に基づいて載荷時におけ
る地盤の変形係数Ｅｂを確認する必要があるが、この場
合に静止土圧Ｐ0に達した以降の領域における荷重度
と変位量の関係は推定が可能でも、領域における静止
土圧Ｐ0までの変位量は、地盤の緩み度合いによって異
なるので推定が不能である。

【００２６】そこで、図６（ａ）における荷重度と変位
量の関係に基づいて地盤の変位係数Ｅｂを求める場合に
は、同図で最初の曲線が直線に変化している領域から
領域に移行する点における荷重度が静止土圧Ｐ0であ
るから、荷重度と変位量との関係を表す数１の式１を式
２のように２重微分すると、領域は図６（ｂ）で示す
ように荷重度が略０（ゼロ）となって変化しない領域と
して表すことができるので、これにより静止土圧Ｐ0を
求めることができ、静止土圧Ｐ0が判れば数２の式３に
よって所定深度における地盤の変形係数Ｅｂを算出でき
ると共に、この変形係数Ｅｂを掘削孔の各深度毎に求め
て図７のように分布図を描くと、掘削孔に打設したコン
クリート杭の耐力の推定その他に活用することができ
る。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】本発明では、載荷装置に装着させた荷重セ
ンサ２１Ａと変位センサ２１Ｂ及び深度計２１Ｃの計測
値を用いて、前記理論に基づく変形係数Ｅｂの算出を自
動的に行うと共に、載荷部材による載荷が掘削孔の周辺
地山の性状に応じて適正に行われるようにするものであ
り、これを実施するために例えば図８で概略のブロック
図を示すような信号処理装置８を使用している。

【００３０】この信号処理装置８は、計算などのデータ
処理や入出力を制御する制御部及び演算部に加えて、計
算や制御に必要なプログラム及びデータなどを格納して
必要に応じ読み書きする記憶手段などを備えたＣＰＵ
（中央処理装置）と、ＣＰＵに対してデータやプログラ
ム或いは指示などを入力するキーボードやマウスなどの
入力装置と、計算や制御に必要なプログラム及びデータ
を格納してＣＰＵとの間で授受するフロッピィディスク
やＭＯディスクなどの外部記憶装置と、必要な情報をＣ
ＲＴ上に表示するディスプレイと、必要な情報を紙に印
刷するプリンタによって構成されている。

【００３１】ＣＰＵ及び又は外部記憶装置には、前記式
１〜３の計算式と、標準的なデータの離散数値に基づく
図６及び図７の図表と、荷重センサ１２Ａと変位センサ
１２Ｂ及び深度計１２Ｃで計測した実測データを格納す
るテーブルと、入力データに基づいて前記変位量や変形
係数を算出してその結果を記憶し且つ必要に応じてディ
スプレイ上に表示させたりプリンタで印刷する一連のプ
ログラムを設定させておくと共に、実測データと標準的
なデータとの比較差によって前記載荷装置を所望に制御
するプログラムも設定させておき、入力装置によって前
記プログラムの実行を指令したりデータ及びプログラム
の修正を行う。

【００３２】従って、荷重装置３の各計器２１Ａ，２１
Ｂ，２１Ｃで計測した載荷時における実測データが信号
処理装置８に入力されると、これらのデータに基づいて
掘削孔４の所定深度毎における変形係数Ｅｂ即ち杭周辺
の地山の変形特性を求めることができるので、この変形
係数Ｅｂに基づいて杭基礎の鉛直方向に対する沈下や支
持力を算定したり、地盤のせん断強さの算定、杭の水平
方向に対するＫ値の算定を容易に行うことができ、これ
らによって改めて載荷試験を行うことなく施工中の杭の
耐力が推定できる。

【００３３】特に地盤のせん断強さに関しては、図６の
塑性点における塑性荷重Ｐｍと静止土圧Ｐ０によって周
辺地山のせん断強さを算定することができるが、現実に
は塑性点まで載荷することは困難であることから塑性点
以前の領域内まで最大荷重度Ｐｉを載荷し、この載荷
点における各計測データに基づいて算出したデータを図
６（ｂ）の図表と照合することにり、未だ塑性領域に
は達していないこと及び少なくともこれ以上のせん断強
さを持っている地盤であることを確認することができ
る。

【００３４】なお、周辺地山１３に対する載荷装置３に
よる締め固め作業は、鉄筋籠１１及び載荷装置３がトレ
ミー菅１２によって打設された水中コンクリートに被わ
れた段階で行われることが望ましいので、孔底側からト
レミー菅１２を順次引き上げながらコンクリート打設す
る作業に同期させて載荷装置３を引き上げながら行われ
るが、各計測器によって得られたデータは前記した施工
中に活用する態様だけではなく、信号処理装置８の外部
記憶装置に一旦格納しておき、施工後にデータを分析し
て杭耐力などの確認に使用する態様もある。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明でも明らかなように、本発明
による場所打ち杭の周辺強化方法によると、掘削によっ
て緩んでいた周辺地山を強固に締め固めた状態で杭が造
成できること及び、マッドケーキを破壊した状態で打設
コンクリートが孔壁へ付着することによって杭周辺の摩
擦支持力が向上し、鉛直方向（押し込み、引き抜き）及
び水平方向の耐力が増加すると共に、杭の耐力が増加す
るとその分だけ杭の規模を縮小して建設コストの低減を
図ることも可能になり、比較的簡単な装置によって目的
が達成されることと相俟って経済的である。

【００３６】また、締め固めの際に各深度毎に載荷板に
対する荷重度及び変位量を計測し、この計測値に基づい
て施工中の杭に対する耐力を推定することによって載荷
試験を省略することが可能であり、而も計測した各デー
タをフィードバックして載荷装置の制御に使用したり、
杭の各種性能を算出する為の基礎データとして多目的活
用することが可能である。

【００３７】前記締め固めを行う載荷装置として、空気
圧の供給で空気室が半径方向へ拡縮する空気ばね構造を
用いると、狭い空間でも容易に装着することができるこ
と、孔壁に対して全周的に均一な載荷を行うことができ
ること、泥水中でも格別に防水を施したり錆の発生を心
配するすること無く装置が安定に作動されることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による場所打ち杭の周辺強化方法に使用
する施工装置の概略構成図。

【図２】図１の施工装置を使用した周辺強化方法の途中
工程の施工状態を示す全体図。

【図３】図１の施工装置を使用した周辺強化方法の要部
拡大図。

【図４】図１の施工装置における載荷装置の実施形態を
示す縦断面図。

【図５】図１の施工装置における載荷装置の他の実施形
態を示す概略側面図。

【図６】本発明による場所打ち杭の周辺強化方法に使用
する変位量の特性曲線図。

【図７】本発明による場所打ち杭の周辺強化方法に使用
する変形係数の特性曲線図。

【図８】図１の施工装置における信号処理装置のブロッ
ク図。

【符号の説明】

１ 昇降装置 ２ 吊りワイヤ ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 載荷装置 ４ 掘削孔 ５ 流体用ホース ６ 流体圧ポンプ ７ 信号用ケーブル ８ 信号処理装置 ９ スタンドパイプ １０ 泥水 １１ 鉄筋籠 １２ トレミー菅 １３ 周辺地山 １４ マッドケーキ １５ 骨材 １６，２４，２８，３１ 載荷部材 １７，２２，２５，２９ 内枠板 １８ 係止手段 １９ 押さえバンド ２０ 空気室 ２０ａ 空気出入り口 ２１Ａ 荷重センサ ２１Ｂ 変位センサ ２１Ｃ 深度計 ２３，２７，３２ 流体圧ジャッキ ２６ 可動板 ３０ 平行リンク機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 泥水工法で掘削して水中コンクリートを
   打設した掘削孔の孔壁に対して、掘削孔内を昇降可能で
   半径方向へ拡縮径可能な載荷部材を備えた載荷装置によ
   り、打設した水中コンクリートを孔壁側へ押圧して周辺
   地山を締め固めることを特徴とした場所打ち杭の周辺強
   化方法。
2. 【請求項２】 前記載荷装置に深度と荷重度及び変位量
   の各計測手段を設け、これらの計測値から各深度毎に締
   め固めた際における地盤の支持状態を確認しながら締め
   固めを行う請求項１に記載の場所打ち杭の周辺強化方
   法。
3. 【請求項３】 前記載荷装置は、環状の内枠板に対して
   流体圧力で半径方向へ拡縮径する載荷部材を備え、この
   流体圧力によって前記荷重度を計測すると共に、内枠板
   に対する載荷部材の距離によって前記変位量を計測する
   請求項２に記載の場所打ち杭の周辺強化方法。
4. 【請求項４】 前記載荷装置として、可撓性部材でドー
   ナツ状に形成した空気室を備えた空気ばね構造を使用し
   た請求項１〜請求項３のいずれかに記載の場所打ち杭の
   周辺強化方法。